計算流体力学における最適化手法の開発

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05555267
• Research Institution: UNIVERSITY OF OSAKA PREFECTURE
• Principal Investigator: 姫野 洋司 大阪府立大学, 工学部, 教授 (50081394)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 児玉 良明 運輸省船舶技術研究所, 推進性能部・抵抗研究室, 室長 ; 高松 健一郎 大阪府立大学, 工学部, 助手 (10081390) ; 平野 進 大阪府立大学, 工学部, 講師 (70081388) ; 馬場 信弘 大阪府立大学, 工学部, 助教授 (10198947)
• Keywords: 計算流体力学 / 最適化手法 / 船型設計 / 逆問題 / ナビエ・ストークス方程式 / 粘性抵抗 / 造波抵抗 / AVS

Research Abstract

平成6年度当初の研究実施計画は,(1)数値計算:実用船型への応用と最適形状の求解,図形入出力法の開発,実用化船型に対する船型改良の本格的計算,さらに,(2)実験:抵抗・流場の計測の準備と予備実験,改良船型についての模型による検証実験,などであった.本年度はほぼこの計画に沿って研究を実施したが,最終年度でもあり,若干の修正とまとめの研究をおこなった.
数値計算については,まず2次元流の基礎研究の応用として,物体表面上の圧力分布や後流での伴流分布を指定して,それに対応する物体形状を求めるという逆問題を試みた.この方法は,抵抗を最小化する最適化問題の解法の一部を修正することにより構成することができる.計算の結果は良好で,3次元実用船型への応用が可能であることを立証した.つぎに実用船型への応用として,造波抵抗を最小化する試みを行った.線形理論によって造波抵抗を求めるとともに,船型をB-Spline関数により表現し,最適化問題に適用して船型改良を実施し,模型実験によりその有効性を確認した.さらに粘性抵抗については,3次元流への定式化を完了し,計算コードの整備と試計算を行った.最適解を得るにはいたらなかったが,今後実用化に向けての研究体制を確立することができた.
実験については,造波抵抗の改良のための検証実験として,常石造船(株)の回流水槽を用いて2隻の模型船による抵抗試験を実施した.さらに,大阪府立大学の試験水槽において,平板の摩擦抵抗低減の試みとして,発水性皮膜を用いた抵抗試験を実施した.
数値計算の入出力データのコンピュータ画像処理の整備は順調に進み,AVSシステムを用いた3次元のグラフィック表現を得ることができた.
最後に,本年度は最終年度であるので,2年間の研究のまとめを行った.

Research Products

• [Publications] 牧野功治: "ナビエ・ストークス方程式の数値解を用いた非線形計画法による物体形状の最適化(第4報)-感度解析手法の改良-" 関西造船協会誌. 222. 25-32 (1994)
• [Publications] 濱崎準一: "非線形計画法による船型最適化の試み(第1報)-造波抵抗最小化を目指した排水量分布の改良-" 関西造船協会誌. 223(発表予定). (1995)
• [Publications] 牧野功治: "2次元粘性流場における逆問題の数値解法" 日本造船学会論文集. 177(発表予定). (1995)